Медицинский словарь
А Б В Г Д Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Э Я

Бактерии

 

Бактерии — широко распространенная в природе группа одноклеточных микроорганизмов, характеризующаяся примитивной формой клеточной организации.

Впервые бактерии были обнаружены в 17 в. голландским ученым А. Левенгуком. Интенсивное изучение биологических свойств бактерий и их роли в биосфере началось в середине 19 в., когда появились работы французского ученого Л. Пастора, немецкого ученого Р. Коха и английского ученого Д. Листера.

Большинство бактерий не имеют хлорофилла, т. е. они не используют солнечную энергию в процессе обмена веществ, а получают энергию в результате химических превращений неорганических или органических соединений, присутствующих в среде их обитания. Бактерии широко распространены в природе: их находят в почве, воде, в растениях, в организме человека и животных. Они могут существовать в самых разнообразных условиях, часто неблагоприятных для жизни других организмов. Бактерии играют огромную роль в формировании биосферы, в поддержании жизни на нашей планете, участвуя в круговороте энергии и веществ в природе.

Среди бактерий имеется относительно небольшое число видов, способных вызывать заболевания человека, животных и растений. Потенциальная способность бактерий вызывать инфекционные заболевания называется болезнетворностью или патогенностью. Некоторые бактерии являются условно патогенными, т. к. их болезнетворность зависит от ряда условий, в первую очередь от сопротивляемости организма, в котором эти бактерии присутствуют.

Строение бактерий. По форме бактерии делят на три группы (рис. 1): шаровидные (кокки), палочковидные (бактерии и бациллы) и извитые (вибрионы, спириллы). Бактерии

Размеры палочковидных бактерий могут быть от 1 до 8 микрометров (мкм) в длину и от 0,5 до 2 мкм в ширину; средний диаметр шаровидных — 0,5—1 мкм (1 мкм равен тысячной доле миллиметра). Известны гигантские бактерии толщиной 40—50 мкм, нити которых видны невооруженным глазом, а также очень тонкие — толщиной 0,06—0,1 мкм. Основные структурные элементы бактериальной клетки: оболочка, цитоплазма, нуклеоид (рис. 2 и 3). Содержимое тела бактериальной клетки, или ее цитоплазма, представляет собой желеобразный, вязкий раствор, в котором растворены различные органические и неорганические соединения и находится большое количество мелких гранул. Цитоплазма, окруженная тонкой эластичной мембраной (цитоплазматическая мембрана), образует протопласт. Толщина мембраны 7—10 нанометров (1 нм равен миллионной доле миллиметра). Ее основной компонент — сложные вещества, состоящие из белков и жиров (липопро-теины). Цитоплазматическая мембрана выполняет функцию молекулярного «сита»: пропуская воду и небольшие молекулы некоторых жирорастворимых веществ, она не пропускает другие низкомолекулярные соединения, что поддерживает стабильность химического состава цитоплазмы и защищает клетку от попадания в нее вредных веществ. Наряду с пассивным переносом питательных веществ из окружающей среды в клетку — за счет диффузии через цитоплаз-матическую мембрану — имеется активный транспорт, осуществляемый с помощью специальных ферментов — пермеаз, находящихся в составе мембраны. Кроме пермеаз, в мембране присутствуют ферменты, участвующие в дыхании бактерии (так называемая цитохромная система), в обмене углеводов, в образовании самой мембраны и в других важных функциях клетки.

Бактериальный протопласт окружен клеточной стенкой, обеспечивающей постоянство формы бактерии. Клеточная стенка толще, чем мембрана (10—25 нм), и значительно прочнее ее. Она имеет эластичные поры диам. 1 нм, через которые свободно проникают относительно крупные молекулы. Целостность клеточной стенки обеспечивает нормальную жизнедеятельность бактерии. Ее ослабление или разрушение приводит к проникновению в клетку воды из окружающей среды, набуханию клетки, а затем к разрыву цитоплазматической мембраны и вытеканию содержимого протопласта (цитоплазмы). Описанный процесс разрушения бактерии и растворения ее содержимого в среде называется лизисом. Основной компонент стенки — сложное соединение, молекулы которого связаны друг с другом с помощью белковых мостиков и образуют полимерную структуру. Кроме пептидогликона, стенка бактерии содержит другие химические соединения, состав и количество которых у разных бактерий различны. Эти компоненты обозначают общим термином специальные структуры. У золотистого стафилококка спец. структуры составляют 20% содержимого стенки, а у кишечной палочки — 80%. Функция этих соединений пока недостаточно изучена. Предполагается, что некоторые из них защищают стенку бактерий от действия ферментов организма, способных разрушать основной компонент стенки — пептидогликон. Среди этих соединений обнаружены и такие, которые обусловливают болезнетворные свойства бактерии, в частности некоторые кишечные бактерии содержат в стенке липополисахариды, обладающие токсическими свойствами. Клеточная стенка бактерии, находящаяся в организме, может быть повреждена в результате действия ферментов организма или различных лекарственных средств, способных разрушать основное вещество стенки — пептидогликан. В результате этого бактерии гибнут или захватываются и перевариваются фагоцитирующими клетками организма, т. е. происходит фагоцитоз (см. Иммунитет). Бактерии

Кроме цитоплазматической мембраны и клеточной стенки, многие бактерии окружены капсулой толщиной 0,2 мкм, представляющей собой относительно плотный, желатинообразный материал, и непосредственно прилегающей к бактериальной стенке. Главный химический компонент капсулы — полисахарид. Есть основания считать, что капсула защищает клетку от действия антибактериальных агентов, способных повредить клеточную стенку (бактериофаги, антибиотики, ферменты). У некоторых патогенных бактерий (пневмококков, гноеродных стрептококков, палочек сибирской язвы и возбудителей чумы) капсула содержит вещества, защищающие бактерии от фагоцитоза. Следовательно, наличие капсулы у некоторых бактерий является одним из факторов, определяющих их болезнетворность.

В отличие от клеток высших организмов (эукариотов), в бактериях (прокариотах) отсутствует дифференцированное ядро, отделенное от цитоплазмы ядерной мембраной. Его функции осуществляет находящийся в цитоплазме нуклеоид, представляющий собой замкнутую в кольцо двунитчатую спираль молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты — ДНК (см. Нуклеиновые кислоты), свернутую в виде клубка. Функция молекулы ДНК бактерии аналогична функции хромосомы клеток высших организмов, т. е. в ней сосредоточена генетическая информация данной бактерии. Ядерное вещество легко обнаруживается при электронной микроскопии ультратонких срезов бактерии.

В цитоплазме бактерии находится до 10 тыс. рибосом, представляющих собой мелкие гранулы диаметром около 20 нм, с помощью которых осуществляется синтез белка клетки. В ней содержатся также различные включения (жиры, крахмал, гликоген, сера), являющиеся запасом питательных веществ, используемых бактериями.

Некоторые палочковидные бактерии образуют споры — сферические образования внутри палочки; такие бактерии называют бациллами. Споры образуются при неблагоприятных условиях существования бактерий: при отсутствии питательных веществ, изменении химического состава и температуры среды обитания и др. Каждая бактерия формирует только одну спору. Следовательно, способность бактерии образовывать споры является механизмом, обеспечивающим сохранение вида, а не способом размножения. У различных бактерий споры отличаются по форме, размеру и расположению в клетке. В отличие от вегетативных (способных к размножению) клеток, споры характеризуются более высоким содержанием жиров и жироподобных веществ (липидов) и относительно меньшим содержанием воды. Это обусловливает их высокую устойчивость к внешним воздействиям (температуре, солнечному свету и др.), позволяя долго сохранять жизнеспособность, иногда многие годы. При попадании в благоприятные условия споры прорастают, образуя вегетативные клетки. Бактерии

Многие бактерии способны активно двигаться с помощью жгутиков, своеобразных органов движения. Число жгутиков на поверхности клетки колеблется от 1 до нескольких десятков. Способность бактерии к активному движению, вероятно, помогает им быстрее поглощать вещества в жидкой среде обитания. Есть доказательства, что многие бактерии двигаются в сторону тех участков среды, где имеются оптимальные условия для их существования, и удаляются от участков, в которых присутствуют вещества, вредно действующие на бактерии (положительный и отрицательный хемотаксис бактерии). Подвижные бактерии, нуждающиеся в кислороде (например, холерный вибрион), двигаются к поверхности среды — месту наивысшей концентрации растворимого кислорода. Можно предположить, что активное движение помогает патогенным бактериям проникать через вязкие, слизистые секреты, эпителиальные барьеры и распространяться в жидкостях и тканях организма.

Физиология бактерий. По химическому составу бактерии не отличаются от клеток других организмов. Бактериальная клетка содержит 80% воды и 20% сухого остатка. Около 90% сухого остатка бактерии составляют высокомолекулярные соединения: нуклеиновые кислоты (10%), белки (40%), полисахариды (15%}, пептидогликон (10%) и липиды (15%); остальные 10% приходятся на моносахара, аминокислоты, азотистые основания, неорганические соли и другие низкомолекулярные соединения. Во всех процессах жизнедеятельности бактерий, как и других организмов, участвуют многочисленные ферменты. Одни из них (эндоферменты) функционируют только внутри клетки, обеспечивая процессы синтеза, дыхания и т. п. Другие (экзоферменты) выделяются бактериями в окружающую среду. Необходимые бактериям высокомолекулярные соединения синтезируются из небольших молекул, которые проникают в клетку через цитоплазматическую мембрану. Белки, полисахариды, липиды могут быть использованы бактериями в качестве источника питания лишь после их расщепления экзоферментами — до аминокислот, моносахарсв и др.

Для нормальной жизнедеятельности бактерия должна быть обеспечена источниками углерода и азота. Одни виды бактерий (автотрофы) используют неорганический углерод (в виде углекислого газа или солей угольной кислоты); другие (гетеротрофы), в число которых входят патогенные бактерии, используют органические соединения углерода. Гетеротрофные бактерии, в свою очередь, разделяют на сапрофитов, питающихся органическими соединениями внешней среды, и паразитов, живущих за счет другого организма.

Патогенные виды бактерий, относящиеся к паразитам, находят источники легко усвояемого углерода (глюкоза и аминокислоты) в тканевых жидкостях организма. Главным источником азота является аммиак (обычно в форме аммонийных солей). Некоторые бактерии усваивают азот атмосферы, который в процессе азотфиксации превращается в аммонийные соли. Азотфиксирующие бактерии играют важнейшую роль в жизни нашей планеты, поддерживая плодородие почв и обеспечивая в природе непрерывность реакций, входящих в круговорот азота в биосфере. Другие бактерии, в т. ч. и патогенные, в качестве источников азота используют органические соединения (аминокислоты, пептоны). Кроме азота и углерода, бактерии нуждается в ионах натрия, кальция, магния, калия, фосфата, сульфата и др.

Различные бактерии неодинаково относятся к присутствию свободного кислорода. По этому признаку они делятся на три группы: аэробы, анаэробы и факультативные анаэробы. Строгие аэробы, например, холерный вибрион, могут развиваться лишь в присутствии свободного кислорода. Анаэробы, например, возбудители газовой гангрены, столбняка, развиваются без доступа свободного кислорода, присутствие которого угнетает их жизнедеятельность. Наконец, факультативные анаэробы, например, возбудители кишечных инфекций, развиваются как в кислородной, так и в бескислородной среде.

Аэробность или анаэробность бактерий обусловливается способом получения ими энергии, необходимой для обеспечения процессов жизнедеятельности. Некоторые бактерии (фотосиптезирующие) способны, подобно растениям, использовать непосредственно энергию солнечного света. Остальные (хемосинтезирующие) получают энергию в ходе различных химических реакций. Существуют бактерии (хемоавтотрофы), окисляющие неорганические вещества (аммиак, соединения серы и железа и др.). Но для большинства бактерий источником энергии служат превращения органических соединений: углеводов, белков, жиров и др. Аэробы используют реакции биологического окисления с участием свободного кислорода (дыхание), в результате которых органические соединения окисляются до углекислого газа и воды. Анаэробы получают энергию при расщеплении органических соединений без участия свободного кислорода. Такой процесс называется брожением. При брожении, кроме углекислого газа, образуются различные соединения — спирты, молочная, масляная и другие кислоты, ацетон и др.

В процессе жизнедеятельности бактерии образуют различные биологически активные вещества — ферменты, антибиотики, пигменты, летучие ароматические соединения, токсины и др.

Большинство бактерий размножается делением, которому предшествует рост бактерии, т. е. увеличение массы ее клетки. Обычно палочкообразные бактерии в длину увеличиваются вдвое, и после достижения ими определенного размера посередине клетки возникает поперечная перегородка, состоящая из цитоплазматической мембраны и клеточной стенки. Такой способ деления бактерий называется поперечным. Образовавшиеся дочерние клетки по своим свойствам (строение, физиологические особенности, питательные потребности и пр.) полностью подобны материнской клетке, из которой они возникли.

Для того чтобы бактерии могли расти и размножаться, среда их обитания должна содержать необходимые источники углерода, азота, энергии, определенный солевой набор и иметь оптимальную температуру. Для большинства патогенных бактерий температурный оптимум равен 37°, т. е. соответствует температуре тела человека и животных.

В лабораторных условиях для выращивания бактерий используют искусственные субстраты, так называемые питательные среды, из них наиболее распространены мясопептонный бульон и мясопептенный агар. Скорость размножения бактерий в этих средах очень велика. Примерно каждые 20 мин. бактерия делится, давая две дочерние клетки. Следовательно, из одной клетки, культивируемой в хорошей питательной среде, через 10 часов образуется 1 000 000 000 потомков. Если бы процесс размножения бактерий в питательной среде не был ограничен, то через 24 часа число потомков одной бактерии равнялось 1021 клеток, а их масса составила бы примерно 4000 т. В действительности же в питательной среде высокая скорость деления клеток наблюдается лишь небольшой период времени с момента внесения в нее бактерий. Это происходит потому, что очень быстро истощаются питательные вещества среды и в ней накапливаются продукты обмена веществ, неблагоприятно действующие на бактерии. Скорость размножения патогенных бактерий в организме значительно меньше, чем в искусственной питательной среде.



© 2007-2012 Медицинский словарь Rambler's Top100